Principes Basiques de Détecteurs au Silicium

Par l'effet photovoltaïque, les détecteurs fournissent des moyens de transformer l'énergie de lumière en un courant électrique. La racine de la théorie derrière ce phénomène est un petit espace d'énergie entre la valence et les bandes de conduction du détecteur. Lorsque la lumière, avec suffisamment d'énergie pour exciter un électron de la valence à la bande de conduction, est incident sur le détecteur, l'accumulation résultante de la charge mène à un écoulement du courant dans un circuit externe. Puisque la lumière n'est pas la seule source d'énergie qui peut exciter un électron, les détecteurs auront une certaine quantité de courant qui n'est pas représentatif de la lumière incidente. Par exemple, des fluctuations dans l'énergie thermique peuvent facilement être confondues avec des changements d'intensité de lumière. Une variété de ces contributions dernières "sans-lumière" sont présentes et, une fois additionées, composent tout le bruit dans le détecteur. Le rapport du rendement global de signal au niveau du bruit est connu comme rapport signal-bruit (S/b) et peut être employé pour déterminer si le bruit sera un souci dans une application particulière. Tandis que le bruit est certainement le moyen principal de caractériser des détecteurs, il est seulement une des caractéristiques qui devraient être considérées en choisissant un détecteur. Quelques questions clés concernant des détecteurs sont décrites dans les limites.

Différents Modes d'Opération

Photovoltaique (unbiased): DPendant l'opération PV, aucune polarisation externe n'est appliquée à la photodiode. Puisque le courant "foncé" est une fonction de la grandeur polarisée, l'opération de PV élimine le courant "foncé" comme source de bruit. Dans ce cas-ci, la NEP sera inférieure, permettant de ce fait une plus grande sensibilité aux longueurs d'onde inférieures. Ceci le rend idéal pour la basse détection de signal. Un inconvénient est la résponse légèrement inférieure à des longueurs d'onde plus élevées (voir le graphique).

Photoconductive (biased): Pendant l'opération PC, une polarisation d'inversion sur la photodiode a comme conséquence un certain nombre d'avantages de réponse, tels qu'un temps de montée accru. Ceci rend ce type d'opération plus approprié aux applications à haute fréquence. Un inconvénient est que le courant "foncé" augmente avec ce courant décentré appliqué, ainsi le bruit est présenté dans le système.

Termes & Definitions

Temps de Réponse: Une mesure de l'efficacité d'un détecteur pour produire un signal électrique. Le produit d'une entrée de lumière en Watts et le résultat du temps de réponse de sortie prévue en Ampères. Varie avec la température.

Detectivité (D): D est la mesure de la capacité de détection de la Photodiode.

Capacitance (C): Egalement appelé la capacitance de jonction, est associée au temps de montée de la photodiode. Le plus petit sera la capacitance le plus court sera le temps de montée, et vice versa.

Courant Sombre(I_d): Le courant associé avec un détecteur pendant une opération dans le noir sous une influence appliquée à revers. Une augmentation de température et une force à revers aboutira à une augmentation de courant noir. Des aires actives plus larges aussi auront plus de courant noir.

Tension de Coupure (BDV): La tension à laquelle le détecteur commence à réagir comme un conducteur.

Puissance du Bruit (NEP): La puissance de lumière incidente pour produire un signal sur le détecteur qui est égal au bruit. Dance ce cas, le rapport signal bruit est égal à un.

Temps de Montée(T_r): Le temps nécessaire pour le rendement d'un détecteur de passer de 10% à 90% de sa valeur finale.

Courant de Saturation (I_sat): Niveau maximal, au dessus duquel le courant de sortie dévie de 10% de la linéarité.

Résistance de Shunt(R_sh): C'est la résistance éffective de la photodiode. Ca représente la pente de la courbe I-V à l'origine (V=0)